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3月15日中央財(cái)經(jīng)會(huì)議上指出，要構(gòu)建清潔低碳安全高效的能源體系，實(shí)施可再生能源替代行動(dòng)，構(gòu)建以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)，可再生能源發(fā)電成為時(shí)代的浪潮兒。在此之前，2月10日，國(guó)家能源局下發(fā)《關(guān)于征求21年可再生能源電力消納責(zé)任權(quán)重》，文件將2030年非化石能源占比的目標(biāo)具體落實(shí)到每一年的消納權(quán)重，同時(shí)也將消納責(zé)任權(quán)重納入對(duì)各省市的考核。這表明構(gòu)建以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)，不是一味的追求新增的新能源裝機(jī)量，而是以電力消納為衡量，對(duì)新能源電力消納提出更高的要求。在技術(shù)、成本、政策等推動(dòng)下，氫能作為電力介質(zhì)和紐帶成為可能，在高滲透率可再生能源電力系統(tǒng)中扮演著越來越重要的角色。


氫能技術(shù)。目前，煤制氫是中國(guó)大規(guī)模穩(wěn)定廉價(jià)工業(yè)制氫的主要途徑。但依托不可再生資源，制氫過程存在二氧化碳排放等問題一直是傳統(tǒng)工業(yè)制氫的痛點(diǎn)。近幾年來，堿性電解、質(zhì)子交換膜電解、固體氧化物等電解水技術(shù)的成熟和應(yīng)用，結(jié)合可再生能源的電解水制氫成為走綠色氫能、可持續(xù)發(fā)展、溫室氣體零排放之路的必要選擇。根據(jù)中國(guó)氫能聯(lián)盟預(yù)計(jì)，到2050年，氫能需求將接近6000萬噸，實(shí)現(xiàn)二氧化碳減排約7億噸，氫能在能源體系中占比超10%。此外，2019年8月，全國(guó)氫能標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)委員會(huì)完成《氫能汽車用燃料液氫》、《液氫生產(chǎn)系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范》、《液氫貯存和運(yùn)輸安全技術(shù)要求》。截至2020年7月，中國(guó)氫能領(lǐng)域的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)共計(jì)超過90項(xiàng)，這些技術(shù)的進(jìn)步和標(biāo)準(zhǔn)的建立為氫能的應(yīng)用保駕護(hù)航。

氫能成本。根據(jù)中國(guó)電動(dòng)汽車百人會(huì)發(fā)布《中國(guó)氫能產(chǎn)業(yè)報(bào)告2020》，煤制氫的成本6.77-12.14元/kg，天然氣制氫成本7.5-24.3元/kg，據(jù)《中國(guó)2050年光伏發(fā)展展望》中預(yù)測(cè)，2025年光伏發(fā)電成本將低于0.3元/kwh。按年均群負(fù)荷運(yùn)行7500h，使用0.3元/kwh的電價(jià)，堿性電解和PEM電解水的制氫成本分別約為21.6元/kg、31.7元/kg。顯然電解水制氫與傳統(tǒng)制氫的成本還存在很大的差異，但是隨著未來光伏、風(fēng)電發(fā)電成本的降低，電解水制氫將會(huì)實(shí)現(xiàn)更大的經(jīng)濟(jì)可行性。


氫能政策。一直以來，氫能發(fā)展的不溫不火，直至2019年，氫能源首次被寫入《政府工作報(bào)告》、《能源統(tǒng)計(jì)報(bào)表制度》首次將氫能納入2020年能源統(tǒng)計(jì)，才迎來發(fā)展的轉(zhuǎn)機(jī)。后續(xù)，各省份相繼發(fā)布?xì)淠?、燃料電池相關(guān)文件，在技術(shù)研發(fā)、儲(chǔ)運(yùn)、基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)、應(yīng)用等方面進(jìn)行支持和指導(dǎo)。據(jù)賽迪科創(chuàng)的《2020年氫應(yīng)用發(fā)展白皮書》顯示，中國(guó)已有20余個(gè)省(自治區(qū)、直轄市)、市、縣出臺(tái)氫能產(chǎn)業(yè)專項(xiàng)政策約42個(gè)，省級(jí)、市級(jí)、縣級(jí)政策占比分別為28.6%、54.7%、16.7%。



氫能靈活的能源載體，助力可再生能源消納。“氫可以橫跨三張網(wǎng)，電網(wǎng)、熱網(wǎng)、氣網(wǎng)。電網(wǎng)制成氫，熱網(wǎng)不足的時(shí)候氫燃燒，電網(wǎng)不足的時(shí)候再反向去發(fā)電，這樣橫跨三張網(wǎng)，幫助三張網(wǎng)實(shí)現(xiàn)供需匹配。”



和電化學(xué)儲(chǔ)能相似，氫氣儲(chǔ)能也能發(fā)揮削峰填谷的作用，發(fā)電廠在用電負(fù)荷低谷時(shí)段通過電解水制氫儲(chǔ)能，制得的氫氣可直接摻入到現(xiàn)有的天然氣管網(wǎng)進(jìn)行輸運(yùn)，供燃料電池、工業(yè)原料使用，氫儲(chǔ)能在電網(wǎng)中主要起到“削峰”作用;在用電負(fù)荷高峰時(shí)段可通過燃料電池將氫能轉(zhuǎn)換為電能，氫儲(chǔ)能在電網(wǎng)中主要起到“填谷”作用。當(dāng)然，氫燃燒電池發(fā)電的成本還不具較大的經(jīng)濟(jì)性，不如直接售賣氫氣和氧氣。據(jù)中信證券《“氫”裝上陣，賽道可期》報(bào)告測(cè)算當(dāng)可再生能源發(fā)電電價(jià)達(dá)到0.3元/kwh時(shí)，按照 20MW 規(guī)模的氫儲(chǔ)能調(diào)峰站，每天運(yùn)行 8h 計(jì)算，制氫年均耗電 5840 萬，電費(fèi) 0.175 億元，假設(shè)電費(fèi)占總成本的58%，成本共計(jì) 0.301 億元;5kWh 電制取 1Nm3氫氣和 0.5Nm3氧氣，年制氫約 1050 噸，氫氣出廠價(jià)為 2.8 萬元/噸，氧氣為 1000 元/噸，年收入約為 0.378 億元，不考慮轉(zhuǎn)換效率的基礎(chǔ)上，項(xiàng)目基本可維持盈虧平衡。但恰恰電解水轉(zhuǎn)換氫能效率是一大難點(diǎn)，還需要技術(shù)的進(jìn)步和研發(fā)。氫儲(chǔ)能在電力系統(tǒng)中更多的發(fā)揮電力的消納作用，“各類儲(chǔ)能方式比較而言，氫儲(chǔ)能的投資額、設(shè)備折舊成本相對(duì)較低，建設(shè)周期較短，相比其他儲(chǔ)能方式來說更適用于電網(wǎng)儲(chǔ)能，但缺點(diǎn)是能源轉(zhuǎn)化效率低。”此外，氫能與分布式能源結(jié)合，實(shí)現(xiàn)就地消納，能解決風(fēng)電、光伏發(fā)電等可再生能源不穩(wěn)定和低能量密度問題。目前，以燃料電池為主的分布式發(fā)電已在歐美日韓等發(fā)達(dá)國(guó)家和地區(qū)開始初步商業(yè)化，日本的家用燃料電池發(fā)展領(lǐng)先于世界，基本可完全實(shí)現(xiàn)商業(yè)化。

“氫能不管是自身清潔能源的屬性還是在幫助可再生能源解決消納問題的方面上，都決定了其將會(huì)是新能源未來主要的發(fā)展方向之一。”在新賽道上，我們一起砥礪前行。

原標(biāo)題：氫能在電力系統(tǒng)中扮演什么角色？